测量机器人小视场星图一维最大熵星点图像分割算法

图像分割是处理恒星星图的基本问题之一,也是确保野外高精度天文测量精度的关键步骤。图像分割的重点是图像二值化,对于星图的复杂星空背景,传统的阈值分割算法难以将星点目标从背景中提取出来。针对徕卡视频测量机器人TS50i拍摄恒星星图的小视场、单星点、弱目标和单峰性的特点,首次提出了运用一维最大熵法对星图进行阈值分割。对比分析了常用的几种阈值分割算法,通过对分割结果的比较和定量分析,验证了一维最大熵法能够在充分保留图像信息的同时,对TS50i图像达到具有良好的二值化处理效果。基于大量实拍星图背景的仿真试验表明,以该算法为基础的星点提取算法的准确性和可靠性得到验证,星点提取精度较野外一等天文测量精度要求高一个数量级,可以满足野外高精度天文测量的需求。     

星光导航星点目标区域提取算法改进

星图中星点目标区域的提取关乎星点中心提取的精度,对后续星光导航定位计算至关重要。本文针对现有边界搜索算法实时性差、个别星点边界搜索计算失效的不足,以及视框提取算法单个视框内有多颗星点时无法识别处理的缺陷,提出了一种适用于大视场星图多星点目标区域提取的改进算法。基本思路是：首先采用视框提取算法初步提取目标区域;然后利用本文提出的对角线判定算法,筛选出单星点目标区域和可能含有多星点的目标区域;最后对可能的多星点目标区域采用边界搜索算法,提取每颗星点的目标区域,实现多颗星点目标区域的识别处理。实测星图处理结果表明,本文算法提取单星点目标区域的效率比边界搜索算法提高48%;视框大小为16～60个像素时,提取多星点目标区域的准确率优于98%,可消除视框提取算法由于多星点无法识别引起的近10像素的星点中心坐标误差,使星图中所有星点中心坐标的总体提取精度提高3.78倍,达到0.038像素。     

基于星敏感器的星图匹配方法的对比与分析

随着对地观察测绘卫星、深空探测卫星对姿态测量精度要求的提高,进一步提高星图匹配精度是当前面临的重要课题之一。星点提取和定位是星图识别的前提。本文简单探讨了新型Top-hat变换的星点提取方法,通过实验对比分析了三角形星图匹配算法和采用P向量的星图匹配算法优缺点。      

一种改进的一维最大熵星图分割算法

在CCD天文测量技术中,星点质心坐标提取的精度直接影响野外天文测量的坐标精度,而星图分割算法是数字星图处理技术中最为关键的一环。一维最大熵星图分割算法具有良好的二值化效果,且能够充分保留星图图像信息,其可靠性与准确性均已得到了试验验证。本文基于一维最大熵星图分割算法,提出了一种改进的星点区域划分算法,可以在不影响精度和可靠性的前提下,大幅提升一维最大熵算法的运算效率,进一步提高野外天文测量作业的效率,在实际作业中,具有更好的可应用性。     

图像全站仪星点质心快速提取方法研究

提出了一种图像全站仪恒星图像快速星点质心提取方法。该方法首先推导了顾及高度角影响的度盘坐标与像素坐标严格转换模型,并利用其逆变换模型预测恒星概略成像位置;其次以概略成像位置为中心,以一定范围为半径,设定星图处理的范围;最后采用全局阈值分割算法滤除背景噪声,采用八连通域算法确定星点边界,采用灰度质心法计算星点质心坐标。通过对全站仪恒星图像的局部有效处理,与全局图像处理方法相比,将星点质心提取时间缩短到2.1%;质心提取的准确率由90.9%提高到100%,保证了质心提取精度,为实现快速天文测量提供了支撑。     

视频测量机器人在野外天文测量中的应用

测量自动化是未来天文作业的发展方向。针对现有的天文测量系统仍需人眼观测恒星的缺陷,基于视频测量机器人TS50i的工作模式,详细介绍了其相关参数和关键技术,提出了利用TS50i代替传统全站仪进行自动天文测量的方法。采用星图处理方法解算室内观测模拟数据,验证了基于其视频测量特点的星点提取算法的适用性,其室内模拟实验横纵方向的星点提取精度分别达到0.010和0.011像素。基于大量室外观测结果表明:以视频测量机器人为平台的自动天文测量具有可靠性和准确性,经纬度定位精度达到分别优于0.24″和0.22″,可以满足野外高精度的天文测量要求。     

图像全站仪快速天文测量中星点轨迹研究

针对短时间内星点轨迹的研究,文中通过建立几何数学模型证明短时间内星点运行轨迹为线型的结论;利用实测数据拟合星点方位角时序,验证一次拟合均方根误差最小;最后拟合不同时间跨度的方位角时序,证明均方根误差随着时间跨度的增大而增大,且时间跨度不超过60 s时,拟合均方根误差不超过1″,保障星图的快速处理,为实现快速天文测量提供支撑。     

基于鱼眼相机的舰船天文导航技术研究

正天文导航是一种重要的自主导航技术,本文针对目前舰船天文导航存在的问题,提出了采用鱼眼相机同时对天体和水天线成像实现舰船天文导航的理论方法。研究了基于鱼眼相机的舰船天文导航原理和流程,并针对星图获取、星点提取、水天线提取、水天线拟合、星图识别、导航定位解算等天文导航过程中的各个技术环节展开了研究。试验结果表明:利用10幅星图进行天文导航定位耗时约2s,定位误差约为0.5nmile,定向误差约为     

星敏感器CCD相机成像模拟技术

星敏感器是卫星姿态确定与控制系统中重要的星上设备。为了能够方便地研究基于星敏感器的星图识别算法,采用恒星瞬时坐标进行星图模拟,讨论了根据空间坐标系的旋转变换以及摄影测量中的共线条件方程;利用计算机仿真技术对CCD相机成像过程进行模拟,得到模拟星图以作为下一步星图识别工作的基础。最后对坐标变换的准确性进行了验证。     

星敏感器CCD相机成像模拟技术

星敏感器是卫星姿态确定与控制系统中重要的星上设备。为了能够方便地研究基于星敏感器的星图识别算法,采用恒星瞬时坐标进行星图模拟,讨论了根据空间坐标系的旋转变换以及摄影测量中的共线条件方程;利用计算机仿真技术对CCD相机成像过程进行模拟,得到模拟星图以作为下一步星图识别工作的基础。最后对坐标变换的准确性进行了验证。     

基于改进的Ly算子的快速星图质心确定方法

Ly算子是摄影测量中应用较多的一种点特征提取算子,它的解算速度快、抗噪能力强,但精度较低;而质心法是星图质心确定中比较具有代表性的方法,但它对噪声敏感,星图较大时,效率不高。根据Ly算子特点,本文在对Ly算子改进的基础上,提出了基于改进的Ly算子的快速星图质心确定方法,实验结果表明,该方法在信噪比较低、星图较大的情况下,较传统质心法解算速度更快、定位精度更高、抗噪能力更强;较带阈值的质心法,解算精度相当,但解算速度更快。     

Tycho-2星表读取及恒星视位置计算研究

为了建立高精度的恒星视位置计算模型,该文基于FORTRAN语言对Tycho-2星表进行读取,并分别绘制J2000.0时刻全球和中国区域恒星分布图;建立了一个新的恒星视位置计算模型,对天顶望远镜实测CCD星像进行处理,并与NOVAS-F程序的视位置计算结果进行比较,以此验证新的计算模型的可行性。实验结果表明,新的恒星视位置计算模型精度符合精密天文大地测量标准。     

星敏感器在轨测量误差分析

星敏感器的姿态测量精度是评价星敏感器性能以及卫星姿态确定的最重要指标之一。本文提出一种星敏感器的测量误差分析方法, 适用于卫星在轨运行期间以及整星地面测试阶段星敏感器测量误差的确定, 特别是在目标姿态无法准确预知情况下的误差确定。     

“天绘一号”卫星星敏感器精度分析

基于双星敏感器光轴夹角在惯性空间保持不变的特性, 探讨了利用在轨测量数据, 分析星敏感器测量误差、安装参数误差及卫星结构变形的方法, 给出了相应的数学模型。通过实际计算, 验证了方法的可行性。     

实时等角距星图仿真技术

本文提出并研究了实时等角距星图仿真的万法,推导了相关公式,改进了圆视场搜索法应用于星图视场选星;编写了相应的实时等角距星图仿真程序,实现了任意时刻、任意观测地点的动态星图显示;并通过对实测数据的分析,给出了实时等角距星图的显示精度.     

用任意星进行天文定向的研究

天文定向是测定天文经纬度前不可缺少的一项工作,对其有着直接的影响,如定向不准确,则以后的工作无法完成。本文研究了在北极星无法应用情况下的天文定向问题,提出并实现了利用任意恒星进行天文定向;推导出了两种用任意恒星实现天文定向的公式,并给出了其具体解法。     

基于星敏感器的遥感卫星姿态确定仿真系统实现

为了在地面实验中研究基于星敏感器的遥感卫星姿态自主确定相关技术,本文在基于星敏感器的遥感卫星姿态确定半物理仿真系统工作原理的基础上,对整个系统的总体及各模块进行了详细的设计,最后建立了该半物理仿真系统,为多种目的服务。整个系统的建立能够为基于星敏感器的遥感卫星姿态确定技术新方法、新思路和新方案的研究提供参考。     

双星敏感器在轨相对热变形分析及修正

为了获取高质量的对地观测遥感图像,除了有效载荷成像的高分辨率外,还需要卫星平台姿态具有高精度。在双星敏联合姿态确定时,星敏感器之间的相对热变形会对姿态确定带来不利影响,需对热变形误差进行辨识与修正。通过对某遥感卫星在轨遥测数据进行分析,建立了星敏感器在轨结构热变形模型,并对星敏感器热变形进行了在轨修正。采用辨识得到的傅里叶级数的热变形模型参数,对星敏热变形进行在轨修正后,提高了星敏感器的测量精度,减小了星敏感器之间的热变形误差对姿态确定精度的影响,对得到高质量的对地观测遥感图像具有很大的工程应用价值。     

视频测量机器人星识别算法在自动天文定向中的应用

天文定向是通过观测天体确定方位的高精度定向方法,在天文测量中具有重要的作用,实现自动天文定向是目前天文定向的发展趋势。基于视频全站仪的工作模式,本文提出了一种星识别定向方法。首先通过视频测量连续快速拍摄多颗星,再将高度角和方位角差作为匹配条件,识别出各恒星,最后利用观测数据和解算的恒星数据关系获得定向结果,实现天文定向自动化。本文分析了因测站坐标误差和观测误差引起的星识别误差,由此给出匹配阈值,进一步提高了匹配的精确度和准确度。